磺酰脲類除草劑分子印跡檢測技術研究進展

郭璐，鄧啟良，汪羽，秦沛，王碩

（食品營養與安全教育部重點實驗室，天津科技大學食品與生物技術學院，天津 00457）

1 磺酰脲類除草劑概述

磺酰脲類除草劑主要用于稻田、大豆田和玉米田的雜草防治[1]，其化學結構通式包括磺酰脲橋、芳環及雜環三部分[2]。該類化合物屬于非揮發性弱酸，對化學和熱不穩定；易水解，但在有機溶劑中（烴類溶劑除外）一般較穩定，溶解度大于1 mg/100 mL[3-6]。

磺酰脲類除草劑雖然低毒、高效，但在土壤中殘留時間較長，所以即使是微量殘留，也會危害后茬敏感作物[1]。因此，發展快速、準確的磺酰脲類除草劑殘留檢測技術有著極其重要的意義。

2 磺酰脲類除草劑的檢測方法

近年來，國內外科研人員提出了許多環境中的磺酰脲類除草劑的殘留檢測方法[7]，歸結起來可分為三大類，即酶聯免疫測定法[8-9]、生物測定法[10-11]和儀器分析法[12-14]。酶聯免疫法[8]借助動物對外來物質產生抗體的能力測定目標物，快速、靈敏，但準確性和重復性差，且不易制備抗體；生物測定法主要依據植物的生長狀況測定土壤中被分析物的殘留水平[15]，雖然無需萃取、敏感度高，但分析結果只是半定量的，且測定周期長；儀器分析方法主要包括高效液相色譜法[13]、氣相色譜法[14]、液相色譜-質譜聯用法[16]、超臨界流體色譜法[17]、高效薄層析法[18]以及毛細管電泳法[12，19-21]等。其中液相色譜-質譜聯用法靈敏度最高，但是前處理技術要求高，且儀器昂貴、需要專業操作人員，不能成為各個實驗室的常規檢測手段；氣相色譜法不能直接檢測對熱不穩定的磺酰脲類除草劑，必須先對樣品進行復雜的衍生化處理，因此也較少使用。目前應用最廣的是高效液相色譜法，但儀器本身靈敏度不夠低，不能直接進樣分析痕量物質，需要對樣品進行富集、純化等預處理。

3 分子印跡技術在磺酰脲類除草劑殘留檢測中的應用現狀

分子印跡技術基本原理如下[22]：模板分子與功能單體依靠相互作用力（如氫鍵、共價鍵、離子鍵、范德華力、疏水相互作用以及空間位阻效應等），在合適的分散介質中形成可逆結合的復合物，當交聯劑存在時，經光、熱、電場以及引發劑引發，形成具有一定剛性和柔性的具有立體孔穴的高分子聚合物。之后除去模板分子，得到在空間和結合位點上與模板分子完全匹配的聚合物，即分子印跡聚合物。分子印跡聚合物不僅專一性高、制備簡單，而且與天然的分子識別體系（如抗原和抗體、酶和底物）相比，具有高度的穩定性和更長的使用壽命[23]。目前已有不少報道將分子印跡聚合物作為固相萃取填料或微固相萃取涂層材料，用于分離富集復雜樣品中的痕量磺酰脲類除草劑。現依據模板分子的種類，將分子印跡技術在磺酰脲類除草劑殘留檢測中的應用現狀綜述如下。

3.1 在甲磺隆中的應用

Zhu等[24]以甲磺隆為模板分子、二氯甲烷為溶劑，分別以甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、2-三氟甲基丙烯酸、丙烯酰胺為功能單體，同時分別以乙二醇二丙烯酸酯和二乙烯基苯為交聯劑，采用本體聚合法合成了幾種甲磺隆分子印跡聚合物。經比較，以2-三氟甲基丙烯酸和二乙烯基苯分別為功能單體和交聯劑制備出的聚合物對甲磺隆吸附能力最強，并且能從甲磺隆、氯磺隆、氟磺隆、苯磺隆、醚磺隆、醚苯磺隆、芐嘧磺隆、氟胺磺隆、酰嘧磺隆、玉嘧磺隆、氟嘧磺隆、煙嘧磺隆、噻吩磺隆等13中磺隆中選擇性地識別甲磺隆。隨后，Zhu等[25]又將上述優化的聚合體系中的交聯劑換為乙二醇二丙烯酸酯，合成了甲磺隆分子印跡聚合物。結果顯示，與結構類似物氯磺隆、噻吩磺隆、煙嘧磺隆、甲嘧磺隆相比，聚合物對甲磺隆的選擇能力和特異性結合能力最好。研究人員還發現，聚合物對磺酰脲類除草劑的非特異性結合能力會隨水樣中Ca2+濃度增加而增強，故在水樣中加入乙二胺四乙酸以螯合Ca2+。Bastide等[26]用甲磺隆為模板分子、4-乙烯吡啶作功能單體、乙二醇二丙烯酸酯作交聯劑、乙腈為溶劑，制備了對甲磺隆、氯磺隆、氟磺隆、氯嘧磺隆、噻吩磺隆和氟胺磺隆都具有較好結合能力的分子印跡聚合物。實驗人員還嘗試用2-乙烯吡啶做功能單體，但制備出的聚合物對模板分子的吸附能力不及以4-乙烯吡啶為功能單體制成的聚合物。Liu等[27]首先分別以苯乙烯、偶氮二異丁腈和聚乙烯吡咯烷酮為單體、引發劑和空間排列穩定劑，乙醇為溶劑，合成單分散的聚苯乙烯核。之后以甲磺隆為模板分子、4-乙烯基吡啶為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑，首次以單步溶脹聚合法合成了具有規則外形的甲磺隆分子印跡聚合物球。該分子印跡聚合物球能從甲磺隆、苯磺隆、芐嘧磺隆和噻吩磺隆中較好地識別甲磺隆。將其作為富集材料應用于實際水樣的液相色譜檢測，得到了很好的回收率和重現性。在聚合物制備時，分別用甲基丙烯酸和4-乙烯基吡啶做功能單體，結果顯示選擇4-乙烯基吡啶時聚合物的吸附能力更強。Peng等[28]首先通過硅烷化作用將雙鍵嫁接在二氧化硅納米顆粒的表面，然后以甲磺隆為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯為交聯劑、甲苯/乙腈體積比為4/1的混合溶液為溶劑，合成了甲磺隆分子印跡聚合物涂層的二氧化硅納米顆粒。與傳統方法相比，這種結合了印跡涂層和表面富集技術的合成方法能更有效提高吸附容量。將這一分子印跡聚合物涂層的二氧化硅納米顆粒用作固相萃取材料，可以從土壤、大米、大豆和谷物樣品中提取甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆。尹艷鳳等[29]以甲磺隆為模板分子、甲基丙烯酸及4-乙烯基吡啶為共單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯為交聯劑、乙腈為致孔劑，用封管聚合法合成了甲磺隆分子印跡聚合物，其選擇性和特異性均優于單純以甲基丙烯酸或4-乙烯基吡啶為功能單體的二元共聚物，能夠有效地從甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆中選擇性地鍵合甲磺隆。陳曉明等[7]將該共聚物其作為萃取材料對稻田泥土以及池塘水樣進行預處理，并用高效液相色譜測定樣品中甲磺隆、氯磺隆、苯磺隆和噻吩磺隆的含量，結果令人滿意。在上述三元共聚物制備的基礎上，尹艷鳳等[30]將致孔劑換為氯仿，重新合成了甲磺隆三元分子印跡聚合物，在有機相和水相都能對模板分子達到較高的吸附容量。

3.2 在芐嘧磺隆中的應用

湯凱潔等[31-32]用芐嘧磺隆作模板，以甲基丙烯酸、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二氯甲烷分別為功能單體、交聯劑和致孔劑，通過沉淀聚合法合成了芐嘧磺隆分子印跡聚合物，并將其作為高效液相色譜柱的填裝材料，檢測大豆樣品中的芐嘧磺隆、甲磺隆、苯磺隆和煙嘧磺隆。結果表明，在前10 min特異性吸附和非特異性吸附同時存在，聚合物對目標物和結構類似物的吸附容量相差不大，而30 min之后特異性吸附占優勢，聚合物對芐嘧磺隆的吸附能力逐漸增強。隨后，湯凱潔等[33]在前述分子印跡聚合物制備基礎上，將交聯劑改成三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯與二乙烯基苯等比例混合，并將合成的聚合物作為固相萃取材料，借助液相色譜-質譜聯用技術分析大米中的芐嘧磺隆、甲磺隆、苯磺隆和煙嘧磺隆。結果表明，分子印跡固相萃取柱對上述四種磺酰脲類除草劑均能表現出良好的識別性能。Yao等[34]以芐嘧磺隆為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、乙二醇二丙烯酸酯作交聯劑、乙腈為溶劑，設計合成了表面印跡核-殼納米顆粒。與傳統的印跡顆粒相比，該顆粒的有效印跡位點密度增加了四倍，能從芐嘧磺隆及結構類似物甲磺隆中選擇吸附芐嘧磺隆。

3.3 在其他磺酰脲類除草劑中的應用

單嘧磺隆：王寧等[35]和Dong等[36]以單嘧磺隆為模板分子、甲基丙烯酸為功能單體、乙二醇二丙烯酸酯作交聯劑、N，N－二甲基甲酰胺為溶劑，采用紫外光引發溶液聚合法合成了單嘧磺隆分子印跡聚合物，并以該聚合物為色譜固定相測定了單嘧磺隆及其結構類似物氯磺隆、吡蟲啉及NK#94827的保留因子。結果顯示，印跡聚合物對單嘧磺隆具有很好的親和性和特定的選擇性，并被成功地用作固相提取劑對土壤樣品進行有效的富集與凈化。王勝利等[37]以單嘧磺隆為模板分子，分別以甲基丙烯酸和丙烯酰胺為功能單體，乙二醇二丙烯酸酯作交聯劑、N，N-二甲基甲酰胺為溶劑，采用紫外光引發溶液聚合法合成了兩種單嘧磺隆印跡聚合物。平衡吸附實驗表明，以丙烯酰胺為功能單體的印跡聚合物對單嘧磺隆及其結構類似物甲磺隆、氯磺隆和NK#94827都具有較強的保留和識別能力。

苯磺隆：柳絮飛等[38-39]以苯磺隆為模板分子，N，O-雙異丁烯酰乙醇胺為交聯功能單體，在不添加其他功能單體的情況下以尼龍-6膜為支持體，通過紫外引發合成了對苯磺隆分子有較高選擇性的印跡膜，并用紫外分光光譜法對模板分子與交聯功能單體間的相互作用進行了探討。

氯磺隆：She等[40]以氯磺隆為模板、2-（二乙氨基）乙基甲基丙烯酸為功能單體、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯為交聯劑、乙腈為溶劑，用沉淀聚合法合成了對氯磺隆、苯磺隆、甲磺隆、單嘧磺隆和噻吩磺隆都有較好吸附能力的分子印跡聚合物。當用本體聚合法合成上述聚合物時，效果欠佳。研究人員將此聚合物作為固相萃取材料對玉米樣品進行預處理，借助高效液相-質譜聯用技術檢測其中的氯磺隆、噻吩磺隆和單嘧磺隆的含量，回收率較高。

4 結論

分子印跡技術的高度專一性和穩定性使其有望成為準確檢測痕量農獸藥殘留的富集、純化材料。本文介紹了磺酰脲類除草劑分子印跡技術已取得的一些成績，但分子印跡技術在理論和應用方面還存在許多問題，比如對分子印跡識別機理和結合位點的研究較少；聚合物的制備和識別過程大多在有機溶劑中進行，不僅污染環境，也損害操作人員的健康；功能單體、交聯劑和聚合方法的選擇范圍較小。相信隨著人們對分子印跡技術的重視和相關技術的發展，分子印跡聚合物的機理研究和制備技術將更加完善，分子印跡技術也會在越來越多的領域展現自身獨特的優勢。

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